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Die Induktion in den Dielektrika die sich im magnetischen Feld bewegen.

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3 . D i e h d u k t i o n i m dem Dielektrika, d i e sich im
magmetiscJherz Peld bewegen;
vort L. Slepiarn.
Die Untersuchung der Induktion in den Dielektrika, die
sich im magnetisehen Feld bewegen, bietet nicht nur selbstandiges Interesse, sondern fihrt auch zur Aufklarung des Zustandes des athers in den elektromagnetischen Erscheinungen,
d. h. der Richtigkeit der Theorie von H e r t z , L o r e n t z , E i n s t e i n , oder irgend welcher anderen. I n Ubereinstimmung mit
den experimentellen Ergebnissen auf anderen Gebieten der
Physik, erweisen sich auf diesem Gebiete die Resultate der
Versuche mit der Theorie von H e r t z unvereinbar. Das bereits
verijffentlichte experimentelle Material, welches sich zur Untersuchung der Induktion in den Dielektrika, die sich im magnetischen Feld bewegen, bezieht, ist folgendes.
B l o n d l o t l ) blies einen Luftstrom zwischen den Polen
eines starken Elektromagneten und stellte fest, daB dabei keine
elektrische Verschiebung stattfindet, was auf Grund der H e r t z schen Theorie unerklarlich ist. Die Reobachtungsmethode war
keine direkte, da B l o n d l o t kein geniigend empfindliches Elektrometer besitzen konnte.
H. W i l s o n 2 ) lie6 einen Ebonitzylinder, der vou innen und
auBen mit Messing bezogen war, im magnetischen Feld einer
koaxialen Spule rotieren. Das Resultat entsprach dem aus
der Lorentzschen Theorie berechneten Wert.
Es ist kein Grund vorhanden, die Resultate dieser beiden
Versuche auf Grund der unlangst veroffentlichten Arbeit von
F e h r l e 3 ) anzuzweifeln. Dieser Autor glaubt annehmen zu
durfen, da6 bei einem seiner Versuche die Drehung der Luft
1 ) R. B l o n d l o t , Journ. d. Phys. 1. p. 8. 1902.
2) H. W i l s o n , Phil. Trans. A. 204. p. 121. 1904.
3) I<. F e h r l e, Ann. d. Phya. 41. p. 1109, 1913.
J. Slepian.
862
einen EinfluB auf das Resultat ausiibte. Aber im Fundamentalversuch von F e h r l e wird das positive Resultat durch die EMK.
verursacht, die in der Messingscheibe induziert wird und den
Kondensator ladete, welcher durch den Messingzylinder und den
Mantel der Spule gebildet wurde. Diese Wirkung konnte sich
nicht andern bloB auf Grund der Drehung der Luft im Zylinder
samt letzterem. Daher ist das negative Resultat, welches der
Autor in diesem Falle erhielt, nur einem unaufgeklarten Fehler
in der Gesamtordnung zuzuschreiben.
Noch ein Versuch, welcher von 31. W i l s o 11 und H. Wils o n l)
nach demselben Plan, wie der erste Versuch van H. W i l s o n ,
ausgefiihrt wurde, sollte feststellen, ob die Verschiebung im
Dielektrikum, welche durch Bewegung im magnetischen Feld
verursacht wird, dem Koeffizienten 1 - 8-1, wie das aus der
Lorentzschen Theorie folgt, oder der GroBe 1 - ( p ~ , - l , zu
welcher die Tlieorie von E i n r t e i n fuhrt, entspricht. Anstatt
des Ebonits wurde ein kiinstlich hergestelltes ,,Dielektrikum"
aus Stahlkugeln, die durch Paraffin iibergossen waren, gewahlt.
Der Versuch ergab fur den erwabnten Koeffizienten eine GroBe,
welche sich zu 1 - (p a)- nahert.
I m folgendem sollen die vom Autor dieses Aufsatzes ausgefuhrten Versuche beschrieben werden, welche sich an den ersten
Versuch W i l s o n s lehnen. Einige neue Methoden, die hier verwendet wurden, ermbglichten in mannigfachster Weise die Jnduktion im Ebonit, Paraffin und Schwefel bei ihrer Bewegung
im magnetischen Feld zu untersuchen. AuBerdem wiederholte
der Autor den Versuch Blo n d lo t s in vervollstandigter Anordnung, wie es gegenwartig maglich ist. Die Resultate stimmten
mit denen von Wilso n und B l o n d l o t uberein. Zuerst beschreiben wir die Versuche mit den festen Dielektrika.
Die Versuchsmethoden.
Anstatt einer Spule, wie sie von Wilson gebraucht wurde
und welche das magnetische Feld koaxial mit der Drehungsachse schaffte, hatten wir einen groBen Elektromagneten zur
Verfiigung. Die Polflache mit den Abmessungen 80 x 120 mm
wurden bis zu einer Entfernung von 36 mm zusammengeriickt.
1)
M. Wilson u. H. W i l s o n , Proc. R. SOC. A. 89. p. 99. 1913.
Itiduktion in den Dielektrika, die szch irn magnet. J{>Z,'t.kdbecegeti. 563
Dabei konnte ein homogenes Feld yon einer Intensitat bis zu
3500 g erreicht werden. I m Fundamentalversuch wurde es in
folgender Weise ausgenutzt.
Eine nichtleitende Scheibe wurde durch ein Metallbnnd ni,
auf welchem ein Ring aus dielektrischem Material (vgl. Fig. 1)
befestigt wurde, umwunden. Auf dem hervorstehenden Rande
Fig. 1.
des Bandes gleitet ein Biirstchen (2), welches mit der Erde verbunden ist. Wahrend der Rotation geht der Ring an den Polflachen vorbei, wie es aus der Fig. l zu ersehen ist. I m Spalt
zwischen den letzteren unter dern Dielektrikum befindet
sich ein Metallstreifen k , welcher an das Elektrometer angeschlossen ist. Dank dem magnetischen Feld wird im Dielektrikum eine Verschiebung zwischen dem Band m und dem
Streifen k hervorgerufen, welches sich durch das Elektrometer
schlietlt. Die Potentialdifferenz des letzteren mu6 laut der
H e r t z schen Theorie gleichen
Pe = __
*E
e + e,
und laut der Lorentzschen Theorie
Hier bedeutet E die Dielektrizitatskonstrrnte des zu untersuchenden Dielektrikums, c die Kapazitat des dielektrischen
'
864
L. Slepian.
Kondensators zwischen dem Streifen k und dem Band m, cr. die
Kapazitat des Elektrometers mit dem anschlieBenden Leiter,
und E die EMK. der Induktion, welche durch den Ausdruck
B= B ~ v
Volt
bestimmt ist.
Die Gr6Be E wurde mit Hilfe des Elektrometers, auf die
im folgenden beschriebene Art , gemessen. Der Koeffizient
c / c + ce wurde vermittelst einer Graduierung mit Hilfe einer
aul3eren EMK. bestimmt laut Schema, die aus der Fig. 1 ersehen ist. Bei Einwirkung der auBeren EMK. bann die Potentialdifferenz des Elektrometers nach E’ormel (1) berechnet
werden, was auch zur Bestimmung des erwahnten Iioeffizienten
fuhrt. Die Vergleichung des experimentellen Resultats mit dem
ssuf Grund der angefdhrten Methoden der Bestimmung der EMK.
der Induktion B und der Grofle c I c + ce berechneten mu8 die
Bestatigung von dieser oder jener Theorie ergeben.
Es muB jedoch bemerkt werden, dab die Kapazitat
zwischen dem Streifen k und dem Ring m hinsichtlich der
Graduierung nicht streng derjenigen Kapazitat gleich ist, welohe
der Wirkung des magnetischen Feldes entspricht und in den
Ausdrucken (1) und (1’) auftritt. Das wird durch die Verschiedenheit der Richtung und Verteilung der Linien der Verschiebung in beiden Fallen hervorgerufen. Die genaue Feststellung der aktiven Kapazitaten wiirde groBe Schwierigkeiten
bieten. Das ist einer der Umstande, welche die Schatzung
der quaiititativen Resultate in den Versuchen , wie die bier
beschriebenen, erschweren. Zweitens mu6 auf die Schwierigkeit
der elektrometrischen Versuche mit der rotierenden Dielektrika
infolge storender Einilusse hingewiesen werden. Alle diese Umstande verkleinern die Glaubwiirdigkeit der Resultate, welche
sich auf den quantitativen Unterschied , entsprechend den
Formeln (1)und (1‘), stiitzen. Daher kann der Methode, welche
diesen quantitativen Unterschied auf einen qualitativen zuriickfuhren, ein hoher Wert verliehen werden. Dieser wurde durch
den EntgegenschluB des Leiters und des Dielektrikums auf
folgende Weise erreicht.
Es wurden zwei Messingringe, welche den Abmessungen
nach dem dielektrischen entsprechen, angefertigt (vgl. Fig. 2).
lndztktion in den Dieiektrtku, die sich im mnynet. Feld beluegen. 865
Zur Beklimpfung der Foucaultstriime wurde ein jeder bis zum
inneren Rand auf 24 Teile zerschnitten. Diese Ringe konnten
an der Scheibe, an welcher das Dielektrikum befestigt war,
angeschraubt werden, wobei der Rand C mit dem inneren Metallband m verbunden war. Das Biirstchen (2)wird durch ein anderes,
niimlich (4), ersetzt, welches an die Erde angeschlossen ist und
nuf dem hervorstehenden Rande a eines der Messingringe in
I
I
Fig. 2.
der Xitte zwischen den Polen gleitet (vgl. Fig. 4). Die EMK.,
welche im Messing und dem Dielektrikum induziert werden,
werden im elelrtrometrischen Kreis entgegengerichtet sein.
Laut der Hertzschen Theorie miissen sie einander aufheben
und dns Resultat muB negativ ausfallen. Nach der L o r e n t z schen Theorie mu8 eine resultierende EMK., welche der im
Dielektrikum induzierten EMK. entgegengerichtet ist und welche
-(1 / E ) E gleicht, auftreten. Die entsprechende Potentialdifferenz
des Elektrometers
In deli beschriebenen Bedingungen bei unbeweglichen
Streifen k werden die Ablenkungen des Elektrometers durch die
Verschiebung nur in dem Teile des dielektrischen Ringes,
welcher sich im Hauptfeld befindet, hervorgerufen. In der
Annslen der Phgsik. IV.Folge. 46.
55
866
L. Slepian.
Absicht, die Kapazitat des ganzen Dielektrikums auszunutzen
und folglich die Ablenkungen zu vergrafiern, wurde folgende
Methode verwendet.
Auf der augeren Flache des dielektrischen Ringes wurde
eine Reihe voneinander isolierten metallischen Streifen befestigt.
In1 Hauptfeld befindet sich ein Biirstchen (l),welches den Streifen
entlang gleitet und welches am Elektrometer angeschlossen ist
(vgl. Fig. 3). Dank diesem Umstande wird in allen Teilen des
dielektrischen Ringes beim Durchgange des entsprechenden
Streifena unter dem Biirstchen (1) eine Verschiebung hervorgerufen. Wenn die Kapazitat allen Streifen beziiglich des
inneren Bandes m bei gegebenem Dielektrikum c1 gleicht, so
mu6 laut der H e r t z schen Theorie die Potentialdifferenz des
Elektrometers
und nach der Lorentzschen Theorie
gleichen.
Bei Anmendung der GegenschluBmethode, d. b. bei der
Zufiigung von Messingringen und bei Benutzung der Biirstchen
(1) und (41, miissen wir nach der Hertzschen Theorie die Abwesenheit von Ablenkungen verzeichnen, nach der L o r e n t z
schen Theorie aber
-
Vermittels eines Hilfsentladebiirstchens (3), welches in Streufeld gesetzt wird (vgl. Fig. 3), kaun man die Ablenkungen bedenklich vergroBern. In diesem Falle wird sich ein jeder Teil
des dielektrischen Ringes, in welchem sich wahrend des Durchganges unter dem Burstchen (1) eine elektrische Verschiebung
bildete, beim Beriihren des Biirstchens (3) an den entsprechenden Streifen, entladen, was ihm die Miiglichkeit gibt im
Hauptfeld sich nochmals durch das Elektrometer zu laden.
Kraft dieses Umstandes wird die aktive Kapazitat des dielektrischen Kondensators gleichwie unendlich rergriifiert. In den
Induktion in den Dielektrika: die sich im m a p e t . Feld bewegen. 861
Ausdrucken (2) und (2’) kann man in diesem Falle die GroBe
ce vernachlassigen, d. h. das Gleichgewicht mu8 dann eintreten,
wenn die Potentialdifferenz des Elektrometers der aktiven EMK.,
welche im Dielektrikum induziert (genauer der Differenz der EMK.
fur das Haupt- und Streufeld) gleich wird. Die Zeit, welche
zur Herstellung des Gleichgewichts erforderlich ist , iibertrifft
praktisch 2-3 Sek. nicht und mu6 folglich der Charakter der
gewijhnlichen Ablenkungen eingehalten
werden. Laut der H e r t z schen Theorie
mu6 das Elektrometer die EMK. E, nach
der Lorentzschen Theorie die EMK.
( E - 1 ) / 6 E, aufweisen.
Fig. 3.
Fig. 4 .
I m gegebenen Falle kann auch die Methode des Gegenschlusses verwendet werden. Dazu sind zur Scheibe die
Messingringe und Biirstchen (4) und (2) zuzufiigen. Das letztere
tangiert im oberen Teile des Apparates mit dem Rande a des
Messingringes und wird mit dem Burstchen (3) verbunden (vgl.
Pig. 4). Da das Potential des inneren Bandes m, und folglich
des Messingringes im oberen Teile vom Potential der Erde
um die GroBe E verschieden ist, so miissen die Biirstchen
(2) und (3) isoliert sein. Au6erdem macht das Biirstchen (3)
das Potential der Streifen oben auch gleich E; wenn der obere
Schirm mit der Erde verbunden ist, so erhalten die Streifen
eine Ladung, welche ihrer Kapazitat beziiglich des Ekrans
entspricht. Die Ladung wird durch das Biirstchen (1) auf das
Elektrometer iibertragen , was die Resultate verzerren mu6.
55*
865
L. Slepian.
Zur Beseitigung dieses muB der obere Ekran isoliert und mit
den Biirstchen (2) und (3) verbunden werden.
Nach der Hertzschen Theorie muB auch bei vier Burstchen das Resultat negativ ausfallen; laut der Lorentzschen
Theorie aber mu8 das Elektrometer eine Potentialdifferenz der
aktiven EMK. fur den Leiter und das Dielektrikum aufweisen,
d. h. - ( 1 / ~E.j
Zur Kontrolle der Gesamtanordnung und zur Bestimmung
der Koeffizienten c 1c -+ ce und c1 / c1 + ce wurde, wie erw&hnt,
eine Graduierung vermittelst einer auBeren EMK. laut Schema,
welche aus den Figg. 1 und 3 klar ist, ausgefuhrt. Zur
Schatzung der Resultate bei drei und vier Burstchen wurde
die Graduierung bei drei Burstchen ausgefuhrt: (1) wurde mit
dem Elektrometer, (2) und (3) unter sich verbunden; zwischen
ilinen und der Erde wurde die auSere EMK. eingeschaltet.
Ebenso wie im Falle der vier Burstchen wurde der obere
Ekran mit ihnen verbunden und von der Erde isoliert.
Die Beschreibung der Apparate.
Als Material fur die Grundscheibe, auf welche der dielektrische Ring angebracht wurde, diente Holz. Solcher
Holzscheiben gab es drei, entsprechend der Anzahl der Ringe,
wobei eine jede mit besonderer Messingnabe ausgerustet war
zur Befestigung auf der Achse. Der Durchmesser einer jeden
Scheibe glich 160 mm, die Breite 23 mm. Auf den Umfang
wurde ein Kupferband gelegt und befestigt, deren Dicke
0,07 mm betriigt. Fest anliegend an dieses Band wurde das
Dielektrikum befestigt. Aus den Dielektrika wurden Ebonit,
Paraffin und Schwefel gewahlt. Der Ebonitring war abgedreht,
auf seine Scheibe aufgeschoben und darauf zentriert. Paraffin
und Schwefel wurden auf diese Scheiben gegossen und nachher bis zu den festgelegten Abmessungen bedreht. Die Abmessungen aller Ringe waren folgende: der innere Durchmesser
betrug 160 mm, der auBere 200, die Breite entlang dem
Radius folglich 20 mm, die S t k k e auch 20 mm.
Die Streifen, deren Anzahl 12 betrug, welche am Umfang
des dielektrischen Ringes angebracht wurden, waren aus demselben Messingband ausgeschnitten, welches fur den inneren
Ring gebraucht wurde. Auf jedem Ring wurden 12 Rillen
h d u k t i o n in den Dielektriku, die sich im magnet. Feld bewegen. 869
von 1 bis 1 'I2mm Tiefe und Kreite eingesagt. Me Streifen
wurden bis zu einer Entfernung, welche nicht '1, mm iibertrifft, zusammengeschoben, daher erstreckten sich deren Enden
etwas iiber die Rander der Rillen, wodurch die Moglichkeit
eiiier Reibung zwischen den Biirsten und dem Dielektrikum
beseitigt wurde. Suf die seitlichen Rander der Streifen wurde
eine dunne Schicht Paraffin aufgetragen, auf welche eine Bandage aus 4-5 Windungen paraffinierten Seidenfadens angebracht und nachher von oben mit Paraffin begossen wurde.
Zwischen deli Bandagen blieb ein Streifen reinen Rletalls von
IL
2 - - _
J
I
Fig. 5.
8-10 mm Breite frei. Die Isolation zwischen jederu Paar
nebeneinander liegender Streifen wurde fur einen jeden Ring
bevor den Experimenten mit Hilfe des Elektrometers gepriift
uiid erwies sich bei beschriebener Art der Befestigung der
Streifen fur durchaus zufriedenstellond.
Die Sciieibe wurde auf eine Messingachse, welche in Kugellagerii rotierte, gesetzt. Die letzteren waren an einem Grundbrett,
welches an den Polen des Elektromagneten befestigt war, angeschraubt. Der Elektromngnet war auf eine breite Plattforiu
gestellt. Auf nebenan stehendem Tisch wurde ein Motor gestellt,
dessen Welle vcrmittelst eines bie'gsamen Stahlstabes (Uurchmesser 3 mm) mit der Achse des Apparates verbunden war.l)
1) Die Details des Apparates siud auf der beigefugten Fig. 5 gezeigt.
870
L. Slepian.
Die Burstchen (1) und (2) besaBen Enden aus demselben
Messingband, welches fur die Streifen gebraucht wurde. Burstchen (1) und (4)maren auf einer Messingklammer, welche zum
Grundbrett angeschraubt war, befestigt, wobei (1) auf Bernstein
isoliert war. Burstchen (2) und (3) wurden zusammengelotet,
aber ein jedes konnte abgebogen werden, falls nur das andere
arbeiten sollte. Beide wurden auf dem Messingkasten, welcher
den oberen Teil der Scheibe zudeckte, befestigt: und hatten
durch einen breiten Schlitz freien Durchgang. Der Schlitz
wurde durch eine Falltiir bedeckt. Der Kasten selbst wurde auf
Ebonit isoliert und konnte mit der Erde verbunden werden.
Von der isolierten Schraube, in welcher das Biirstcheii (1)
eingeprei3t wurde, ging ein Leiter zum Elektrometer. Der
ganze Apparat iind der Verbindungsleiter wurden von elektrostatischen Einfliissen ekraniert. Das Grundbrett wurde mit
Messing umschlagen, die Scheibe und Burstchen wurden von
oben und unten mit Messingkiistchen bedeckt. Das obere
konnte abgehoben werden, das untere besat3 Fallwandchen, so
daB alle Teile des Apparates leicht zuganglich waren. Der
Verbindungsleiter war durch ein Messingrohr gefuhrt und auf
Schwefel isoliert.
Als Elektrometer diente ein Quadrantenelektrometer mit
Platindraht von 0,Ol mm Durchmesser. Bei einem Hilfspotential von 90 Volt und einer Skalenentfernung von 3 UI
entsprach 0,001 Volt einer Ablenkuag von ungefahr 1,l mm.
Die beschriebene Gesamtanordnung wurde erst nach einer
Reihe von Abanderungen des ganzen Apparates und seiner
Einzelheiten , welche Abanderungen die Beseitigung der anfanglichen Schwankungen des Elektrometerfadens bezweckten,
ausgearbeitet. Eine ganzliche Beseitigung der Schwingungen,
welche durch die Deformationen im Dielektrikum, durch das
Schlagen der Biirstchen und andere Ursachen hervorgerufen
wurden, konnte nicht in allen Versuchen erreicht werden.
Dieses konnte aber nicht, wie wir sehen werden, die Resultate
betrachtlich beeinflussen.
Experimentelle Resultate.
Vor dem Anfang der Experimente wurde das Magnetfeld
untersucht, zu welchem Zweck die magnetischen Spektra er-
fnduktion
it$
den Dielektrika, die sich im mugnet. Fe2d bezuegen. 87 1
halten nnd die Induktioii des Hauptfeldes und des Streufeldes
in verschiedenen Teilen gemessen wurden. Die entsprechenden
Resultate dienten zur Kontrolle der GroBe der induzierten
ESIK. E , welche unmittelbar mit Hilfe des Messingringes bei
direkter Wirkung nuf das Elektrometer der EMK., welche im
ersten induziert, festgestellt wurde. Dazu wurde das Biirstchen (4) anstatt (1) gestellt und (2) mit der Erde verbunden.
Die Ablesungen wurden bei der Kommutation des Stromes in
der Wickelung des Elektromagneten nach der Differenz der
Lagen des Fadens, in welcher er sich vor und nach dem Umschalten des Stromes befand , gernacht. Wie im gegebeiien
Falle, so auch bei den Beobachtungen mit den Dielektrika,
wurden sechs Ablesungen fur die hintereinander folgenden
Umschaltungen des Stromes nach der einen oder anderen
Seite gemacht. Ton den sechs Ablesungen, welche eine Scrie
bildeten, wurden die mittleren GroBen festgestellt, welche ferner
i n den Tabellen angefiihrt sincl. Bei der Messung der induzierten EMK. f3 waren die Konstanz und Stabilitat der Ablenkungen dieselben , wie bei der direkten Wirkung einer
iiuBeren EXK. auf das Elektrometer. Wir fuhren in der
Tab. I diejenigen von den auf diese Art gefundenen Werten,
T a b e l l e I.
\
__
~-
700
,
800
I
1000
2000
____.
!
2400
I
3,5
7
66
-
75
-
welche wir im folgenden benotigen. Die Tabelle gibt die Ablenkungen in Millimeter bei Kommutationen des Stromes im
Elektromagneten an ; sie entsprechen der vollen EMK. der
lnduktion E. n bedeutet die Tourenzahl pro Minute laut der
Angabe des Tachometers, i die Stromstarke in Amperen. Es
war keine Notwendigkeit vorhanden, die Genauigkeit des Tachometers und Amperemeters festzustellen, da sie bl06 als Kontrollinstrumente dienten.
Von den Dielektrika wurde zuerst Ebonit untersucht.
Mit dem unbeweglichen Streifen k wurden Beobachtungen nur
L. Slepian.
872
bei maximaler Geschwindigkeit und Stromstarke gemacht, da
dank der unbedeutenden Kspazitiit die Ablenkungen in diesem
k'alle klein sind. Die von der Wirkung des Magnetfelcles unahhangigen Ablenkungen betrafeii 3 bis 5 mm; irgendwelche
andere Verschiebungen oder Schwankungen des Fadens
wurden bei normalen Verhaltnissen nicht beobachtet. Bei
n, = 2400 und i = 7 Amp. wurden fur einen Ebonitring bei den
Kommutationen des Stromes fur beide Drehrichtungen 6 mm
grotSe Ablenkungen erhalten. Die Potentialdifferenz des
Elektrometers betraf folglich 0,022 (vgl. Tab. I) der Gesamtspannung der Induktion. Beim AnschluB des Messingringes
wurden ebenfalls Ablenkungen von 21/, mm in einer bei denselben Bedingungen der vorigen entgegengesetzter Richtung
beobachtet. Das betrifft - 0,009 der ganzen. Bei Graduierung
vermittels der BuBeren EMK. wurde fur das Verhaltnis 7Jh'
0,031 gefunden.
Beim System der isolierten Streifen und zweier Burstchen
waren die Ablenkungen, unabhangig vom magnetischen Peld,
gewohnlich 5-20 mm. Schwankungen des Fadens m r d e n
nicht beobachtet, aber bei grofien Geschwindigkeiten verschob
er sich nicht selteri langsam auf der Skala in einer Richtung.
Das fuhrte zur Ungleichheit der Ablenkungen nach beiclen
Richtungen. So z. B. waren fur Biirstchen (1) und (2) bei
n = 2000 pro Min., i = 3,5 Amp, und bei der Drehung, entgegengesetzt dem Uhrzeiger, die hintereinander folgenden Ablenkungen bei der Kommutation des Stromes in der Spule des
18, + 24, - 18, + 23, - 18; bei
Elektromagneten: + 23,
n = 800:
9, - 8, + 9, - 9, + 9, - 8. Bei GegenschluB,
d. h. bei Biirstchen (1) und (4), wurden ebenfalls Ablenkungen,
welche mit den bei (1)und (2) beobachteten ghnlichen Charakters
waren, festgestellt.
Bei drei und vier Burstchen waren die konstanten Ablenkungen groBer, als in den vorigen Fdlen. Es wurden auch
unregelm%Bige Schwankungen des Fadens beobachtet , welche
manchmal 10-20 mm erreichten ; gewohnlich waren sie aber
nicht groB und verzerrten die Ablesungen nur in geringem
Grade. Als Beispiel fuhren wir folgende Resultate an: bei
vier Biirstchen fur n = 2000 und i = 7 Amp. betrafen die Ablenkungen bei einer dem Uhrzeiger entgegengesetzter Drehung:
+
-
lrtdiiktion in den Bielelrtrika, die sich im maynet. Fell beweyen. b i 3
+
+
4- 24, - 25,
33, - 30,
30, - 25; bei Drehung nacli
Clirzeiger: -- 25,
30, - 30,
28,
28, + 26.
Bei Graduierungen vermittelst der auBeren EMK. wurderi
in allen E'Bllen Ablenkungen bei der Kommutation einer
Spannung von 0,2 Volt beobachtet. Dabei war das allgerneine
BIId der Ablenkungen genau demjenigen ahnlich , welches be1
der Wirkung des magnetischen Feldes erhalten war. Alle Ablesungen wurden in derselben Ordnung gefiihrt. Die Drehgeschwindigkeit wurde ohne bemerkenswerte Anderung der
Mittelablenkungen in breiten Grenzen geandert, was auch zu
erwarten war.
Die fur den Ebonitring erhaltenen Resultate sind in der
Tab. I1 angefiihrt.
T a b e l l e 11.
+
+
-
Ebonit.
y
-y/
-8
3,s
,
~
-21
7
',
' -26
-__
- 11
~
I1
-0,041
-
-
I h s Minuszeichen bedeutet die Anderung der Ablenkungrichtung i m Verhaltnis zu den Ablenkungen der ersten Reihe.
I)ie erste vertikale Saule zeigt, bei welchen Bedingungen, d. 11.
bei welcher Kombination der Biirstchen, die Beobachtungen
ausgefiihrt wurden. Die vorletzte Saule gibt das mittlere Verhaltnis der beobachteten Ablenkung zur Ablenkung fur die gesmite EMK. der Induktion, d. h. welches den Zahlen der
Tabb. I u. I1 entspricht. In der letzten Saule sind dieselben
Verhaltnisse YelE, welche bei Graduierung vermittelst der
au6eren EMK. erhalten wurden, angefulnrt.
814
~ 5 Slepian.
.
Wie die Zahlen der zwei letzten Saulen eeigen, wurde
bei drei und vier Biirstchen keine volle EMK. erreicht, mie
beim Wirken des Magnetfeldes, so auch fur die au6ere EblK.
Das kann dadurch erklart werden, daB parallel mit der Kapazitat des Verbindungsleiters und des Elektrometers die Kapazitat der auBeren Flache der Streifen bezuglich der Pol- und
Ekranierungsflachen, d. h. der Erde, angeschlossen ist. Bei den
Versuchen mit dem unbeweglichen Streifen und zwei Biirstchcn
betragt diese Kapazitat einen kleinen Teil von c,. Bei Anwendung eines Entladeburstchens wachst sie aber ebenso unendlich an, wie die aktive Kapazitat des Dielektrikums und
letztere schountierend setzt sie die auf das Elektrometer einwirkende EMK. herab. Dae Ma6 dieser Herabsetzung, a ,
welche vom Verhaltnis der entsprechenden Kapazitaten abhangt, gibt die GroBe, welche bei der Graduierung vermitielst
der au6eren EMK. gefunden wurde. Wir werden sie beziehen
auch zum Falle der Wirkung der EMK. der Induktion, mas
nicht ganz streng ist, da die in verschiedenen Fallen wirkenden
Kapazitaten nicht ganz identisch sind.
F u r Paraffin war der Beobachtungsgang ebenso wie fur
Ebonit. Der Chnrakter aller Ablenkungen unterscheidet sich
nicht vom fur das letztere Beschriebenen, obgleich alle Resultate etwas weniger gleichmaitlig und die Schwankungen der
einzelnen Ablesungen etwas grijBer waren. Bei unbeweglichen
Streifen wurden fur n = 2400 und i = 7 Amp. Ablenkungen gleich
3 mm und bei EntgegenschluB -3 mm fur beide Drehrichtungen
beobachtet, was 0,011 und -0,Oli der gesamten EMK. der
Induktion ergibt. Bei der Graduierung vermittelst der auBeren
EMK. wurde fur das Verhaltnis V e / E0,023 erhalten.
Die Angaben fur den Paraffinring mit einem System
isolierter Streifen sind in der Tab. 111 angefuhrt.
F u r den Schwefelring wurden keine Beobachtungen mit
unbeweglichen Streifen gemacht, da dank der Spradigkeit des
Schwefels keine bedeutende Drehgeschwindigkeit zugelassen
werden konnte. Bei auf die Flache des Ringes aufgelegten
Streifen wurde seine Festigkeit einigermaBen durch Seidenbandagen gesichert , obgleich auch bei diesen Bedingungen
wurde die Drehgeschwindigkeit 1000 Touren pro Minute nicht
uberschritten. Die Ablenkungen fur den Schwefelring waren
Induktion in den Bielektrika, die sich im magnet. Feld bewegen. 875
T a b e l l e 111.
Paraffin.
I1
i = 3,5
/I
(l), (4)
y-
'1
41
-4
4
1 i = 3,5
i
I
II
-8
= 7
1-
-9
1I
~
8
IEMK. d. Ind. AuB. EMK.
-00,043
1
-
ebenso gleichmaeig, wie fur Ebonit. Die erhaltenen Resultate
sind in der Tab. I V angefuhrt.
T a b e l l e IV.
Schwefel.
1
0,30
I
0,48
Die in den Tabb. I-IV angefiihrten Angaben stellen blob
einen Teil des erhaltenen Materials dar. I n den Versuchen,
welche den beschriebenen vorangingen, variierte die Drehgeschwindigkeit von 600-2000 Umdrehungen pro Minute und
876
L. Slepian.
die Stromstarke von 1,5-7 Amp., nach geringen Stufen. Die
diesbeziiglichen Resultate werden nicht angefuhrt, weil vor den
letzten Beobachtungen Verbesserungen gemacht wurden, welche
einige der erhaltenen Zahlen beeinflussen. Der allgemeine
Charakter der Angaben blieb jedoch unverandert.
In diesen provisorischen Versuchen wurde in groBerem
MaBe die wertvolle Eigenschaft des Entladebiirstchens (3),
welche die Erreichung bedeutender Ablenkungen ermoglicht,
ausgenutzt. Bei seiner Anwendung ist der Gebrauch einer
erhohten Sensibilitat des Elektrometers zulassig, ungeachtet
cler entsprechenden Kapazitiitsvergroeierung. Dank dem letzteren Umstande wird in den Versuchen mit unbeweglichem
Streifen und zwei Biirstchen keine bedeutende VergroEerung
der Ablenkungen erhnlten. Beim Biirstchen (3) spielt die Kapazitat des Elektrometers keine Rolle und die Ablenkungen
wachsen seiner Empfindlichkeit proportional an. So z. B. in
den erwahnten Vorversuchen war die Empfindlichkeit des
Elektrometers 3,5 mm auf 0,001 Volt bei einem Potential des
Bisquits gleich 180 Volt. Fur den Ebonitring bei den Biirstchen (1) und (2) erreichten die Ablenkungen 30 mm bei
11 = 2000 und i = 7 Amp. (in den Angaben der Tab. I1 27 mm),
und bei Biirstchen (l), (2) und (3) bis 200 mm (in Tab. I1
77 mm). Fur Paraffin waren die Ablenkungen bei drei Biirstchen bis 150 mm und fur Schwefel bis 90 mm. Die letzten
beschriebenen Versuche waren bei verkleinerter Empfindlichkeit
dank zufalligen Ursachen ausgefiihrt.
Die Betrachtung der angefuhrten Angaben lLBt den SchluB
ziehen daE der ganze Charakter der Ablenkungen, besonders
die Ablenkungen beim GegenschluB des Leiters und Dielektrikums nicht nach der H e r t z schen Theorie erklarlich sind.
Daher sind die allgemeinen Resultate vom Standpunkte der
Lorentzschen Theorie in der Tab. V gruppiert. I n derselben
sind die in den Talsb. II-IV angefiihrten Verhaltnisse c / B ,
welche den in Tab. V angegebenen Koeffizienten gleich sind,
zusammengefafit.
Die Zshlen, welche in der Tab. V angefuhrt sind, erlauben
auf ueunerlei Arten die Dielektrizitatskonstante der untersuchten
Dielektrika bei der Vergleichung der entsprechenden Resultate
festzustellen, wobei die GroBe der Konstante auf Grund un-
Induktion in den Ilielektrika, die sich im magnet. Peld bewegen. 577
inittelbarer und eintleutiger
Angaben
blo6 eines MeBinstrurnents, des Elektrometers, zu berechnen
ist. Die Tab. VI gibt
diese GroSe fur die
Dielektrizitatskonstan te.
Die Gro6e des
Verhaltnisses Ye/ E
bei Burstchen (1) und
(2) fur Ebonit scheint
zu hoch erhalten zu
sein (vgl. Saule IV,
Tab. V). Die GroBe
der Dielektrizitatskonstanten aufGrund
dieser und der Graduierungsziffer gleicht
8,5, was unzulassig
hoch ist. Entsprechend diesem ist die
Konstante fur Ebonit
laut Angaben der
Sgule I V una VI zu
klein. Es lenkt auf
sich die Aufmerksamkeit auch der
Urnstand, daB die
GroBe der Koeffizienten cJc,
ce und a
bei der Graduierung
vermittelst der BuBeren EMK. fur Ebonit
kleiner sich erwies,
als fur Scbwefel
(vgl. Tab. V), ob-
+
I
.
P"
Fli
878
L. Slepian.
gleich Tab. VI die Dielektrizit'atskonstante letzterer kleiner
angibt.
Die L o r e n tzsche Theorie erlaubt also augenscheinlich,
die in den beschriebenen Bedingungen erhaltenen Resultate
vollkommen befriedigend zu erklaren. Die Nichtiibereinstimmung einzelner Angaben kann einigen Unvollkommenheiten der Qesamtanordnung zugeschrieben werden.
Das Experiment rnit Luft.
Ein der Lorentzschen Theorie entsprechendes Resultat
ergab auch der Versnch rnit Luft, den Versuchen von B l o n d l o t
analogisch.
Dieser Versuch wurde folgendermaBen angeordnet. Zu
den Polschuhen des Elektromagneten, welcher in den vorigen
Versuchen benutzt war, waren Endstiicke in der Form dreieckiger Prismen mit nbgeschnittenen Rippen angeschraubt.
Deren stumpfe Enden besaBen eine Hohe von 15 und eine
Lange von 120 mm, entsprechend der Breite der Schuhe.
Die Entfernung zwischen den Endstucken war 18 mm. Die
Induktion des magnetischen Feldes in diesem Spalt betraf
6000 Gauss bei 8 Amp. i n der Spule des Elektromagneten.
Im Spalt war eine Robre von rechteckigem Querschnitt mit
den Abmessungen 9 x 10 mm gesetzt, durch welche Luft geblasen wurde. Die Rohre wurde auf folgende Weise angefertigt. Die obere und untere Kante stellten Messingstreifen
dar, die Seitenwande, welche an die ersteren vermittelst
Schraubchen befestigt wurden, waren aus Glimmer. Alle Undicbtheiten wurden mit Schwefel ausgefiillt. AuBerhalb des
Spaltes zwischen den Polen erweiterte sich die Rbhre und
ging in eine runde Messingrohre iiber. In Fig. 6 ist schematisch die Einrichtung der Rohre und ihre Lage hinsichtlich
der Pole des Elektromagne ten dargestellt.
Der obere Streifen war isoliert und mit dem Elektrometer
verbunden. ?Vie dieser , so war auch der Verbindungsleiter
peinlich vor auBeren Einwirku.ngen geschutzt.
Die Luft wurde vermittelst einer Luftpumpe, welche bis
60 cbm pro Stunde liefern konnte, durchgeblasen. Die Geschwindigkeit der Luft wurde auf Grund der Angaben eines
graduierten Gaemessers und des Rohrenquerschnitts gemessen.
Induktion in den Dielehbika, die sich im magnet. Feld bewegen. 879
Die Beobachtungen wurden bei einer Geschwindigkeit von
140 m/sec gemacht. Die EMK., welche solcher Geschwindigkeit und einer Induktion von 6000 Gauss entspricht, gleicht
0,75 Volt, bei der Kommutation des Stromes im Elektromagnet
folglich 1,5 Volt.
Fig. 6.
Die Kapazitit des isolierten Streifens beziiglich des unteren
kann gleich 1 cm angenommen werden, wenn wir sie als die
IiapazitHt eines flachen Eondensators betrachten sollen , was
in der Voraussetzung eines positiven Resultats zulassig ist.
Die Kapazitit des ganzen Systems war gleich 60 cm gefunden.
Bolglich, falls in der Luft eine Verschiebung entsprechend der
Hcrtzschen Theorie auftreten soll, so mu8 bei der Kommutation des Stromes das Potential des Elelitrometers sich urn
Ye = $r * 1,5 Volt
= 0,025 Volt
andern. Die entsprechende Ablenkung des Elektrometers ist
27 mm. I n Wirklichkeit wurde keine Ablenkung festgestellt.
Nebensachliche Ablenkungen, welche auf Rechnung der Reibung
der Luft den Wandungen der Rohre entlang gezogen werden
konnen, waren unbedeutend, indem sie kaum 20-30 mm erreichten. Einige Schwankungen des Fadens traten dank der
Unfestigkeit des Schwefels auf; trotzdem hatte man leicht Ablenkungen von 2-3 mm, d. h. 0,l der GroBe, welcbe aus der
H e r tzschen Theorie folgt, beobachten konnen.
Zusammenfaseung.
Wir formulieren die allgemeinen Resultate der oben beschriebenen Versuche.
1. In den im magnetischen Feld rotierenden Dielektrika:
Ebonit, Paraffin und Schwefel, ist eine elektrische Verschiebung,
850
L. Slepiun. Induktion in den Dielektrika usw.
welche der Drehgeschmindigkeit und der magnetkchen Induktion des Feldes proportional ist uod welche der GroBe nach
der Lor e n t z schen Theorie entspricht, festgestellt worden.
2. Bei Rintereinanderschaltung eines Leiters und Dielektrikums und bei deren gemeinsamer Drehung im magnetischeii Felde, niimlich so, daB ihre EMK. der Induktion
entgegengerichtet sind, wurde hei den beschriebenen Bedingungen
im Dielektrikum ebenfalls eine elektrische Verschiebung erhalten, welche derselben Theorie entspricht.
3. Es murde die Abwesenheit einer elektrischen Verschiebung in der Luft, die sich im magnetischen Feld bewegt,
konstatiert.
4. Die Resultate beider Versuche widersprechen der
Hertzschen Theorie; nach der Lorentzschen Theorie scheint
eine befriedigende Erklarung der bei gegebenen Bedingungen
erhaltenen Resultate moglich.
Die vorliegende Arbeit wurde unter Leitung des Hrn. Prof.
.W. F. M i t k e w i t s c h in seinem Laboratorium am St. Peters-'
burger Polytechnischen Institut ausgefuhrt. Ich erlaube mir,
hier Hrn. Prof. Mitkewitsch meinen tiefsten Dank fur die
stetige Aufmerksamkeit der Arbeit gegeniiber und fur zahlreiche Anleitungen und Ratschlage, betreffend den allgemeinen
Gang der Arbeit, wie auch ihre Details, auszudriicken.
(Eingegangen 13. Juli 1914.)
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